【电力系统】基于主从博弈的新型城镇配电系统产消者竞价策略【IEEE33节点】Matlab代码EI复现

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🔥 内容介绍

摘要: 随着分布式能源(Distributed Generation, DG)的广泛接入，传统配电系统正朝着主动配电系统(Active Distribution System, ADS)转型。产消者(Prosumer)，即既发电又用电的个体或单位，在ADS中扮演着越来越重要的角色。本文针对新型城镇配电系统，提出一种基于主从博弈的产消者竞价策略，以实现系统经济高效运行和资源优化配置。以IEEE 33节点系统为案例，通过仿真分析验证了该策略的有效性，并探讨了其优缺点及未来研究方向。

关键词: 主从博弈；产消者；竞价策略；配电系统；分布式能源；IEEE 33 节点

1. 引言

近年来，全球能源转型加速推进，分布式能源如光伏、风电等得到蓬勃发展，显著改变了传统的配电系统结构和运行模式。大量的产消者接入配电网络，使得系统呈现出高度分散化、波动性和不确定性等特点。传统的集中式电力调度和控制模式已难以适应新的需求，迫切需要开发新的运行机制和优化策略。

为了提高配电系统的运行效率和经济性，产消者参与电力市场竞争成为一种重要的趋势。然而，产消者规模小、信息不对称、行为理性程度差异等因素，给产消者参与市场竞争带来了诸多挑战。如何设计合理的竞价机制，引导产消者积极参与市场，同时保证系统安全稳定运行，成为当前研究的热点问题。

本文提出一种基于主从博弈的新型城镇配电系统产消者竞价策略。该策略将配电网运营商(Distribution System Operator, DSO)视为领导者(主)，产消者视为追随者(从)，通过主从博弈模型，模拟DSO与产消者之间的互动行为，最终实现系统经济运行和资源优化配置。以IEEE 33 节点系统为例，对该策略进行了仿真验证，并分析了其性能。

2. 主从博弈模型构建

本模型将DSO设定为主导者，负责制定电力价格和系统运行约束条件。产消者作为追随者，根据DSO制定的价格和约束条件，决定自身的电力交易策略，最大化自身利益。

2.1 DSO 的决策模型:

DSO的目标函数是最大化系统整体效益，包括降低系统运行成本、提高系统可靠性以及促进可再生能源的消纳。其决策变量包括电力价格、以及对产消者发电和用电的约束条件。DSO 的目标函数可以表示为：

Max F_DSO = ∑_i∈N (P_i^G - P_i^L) * λ_i - C_sys

其中：

• N 为产消者集合；

• P_i^G 为产消者 i 的发电功率；

• P_i^L 为产消者 i 的用电功率；

• λ_i 为产消者 i 的电力价格；

• C_sys 为系统运行成本，包括线路损耗、备用容量成本等。

2.2 产消者的决策模型:

每个产消者的目标函数是最大化自身经济效益，即利润最大化。其决策变量是自身的发电功率和用电功率。产消者的目标函数可以表示为：

Max F_i = λ_i * (P_i^G - P_i^L) - C_i^G - C_i^L

其中：

• C_i^G 为产消者 i 的发电成本；

• C_i^L 为产消者 i 的用电成本。

2.3 博弈求解:

由于主从博弈的非合作性质，我们采用逆向归纳法求解。首先，求解产消者的最优响应函数，即在给定DSO决策的情况下，产消者如何选择自己的发电和用电策略以最大化自身利益。然后，将产消者的最优响应函数代入DSO的目标函数，求解DSO的最优决策。最终得到系统均衡解，确定电力价格和产消者的发电/用电策略。

3. IEEE 33 节点系统仿真分析

本文选取IEEE 33节点系统进行仿真分析。该系统包含多个分布式电源和负荷，能够较为真实地模拟城镇配电系统的运行情况。 我们通过MATLAB软件进行仿真，并根据实际参数设置，模拟不同场景下的系统运行状态，评估本文提出的竞价策略的有效性。 仿真结果将包括：不同价格下的系统运行成本、产消者利润、可再生能源消纳率等指标。

4. 结果与讨论

仿真结果表明，基于主从博弈的产消者竞价策略能够有效降低系统运行成本，提高可再生能源消纳率，并促进产消者积极参与电力市场。与传统集中式控制策略相比，该策略具有更好的经济性和灵活性。然而，该策略也存在一些不足，例如计算复杂度较高，对DSO的信息获取能力和决策能力要求较高。

5. 结论与未来研究方向

本文提出了一种基于主从博弈的新型城镇配电系统产消者竞价策略，并通过IEEE 33节点系统仿真验证了其有效性。该策略能够有效协调DSO与产消者之间的利益，实现系统经济高效运行。未来研究将关注以下几个方面：

• 考虑更复杂的市场模型，例如考虑电力市场中其他参与者的行为；

• 提高算法效率，降低计算复杂度；

• 研究更鲁棒的策略，以应对系统的不确定性和波动性；

• 将该策略扩展到更大规模的配电系统。

⛳️ 运行结果

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